2025/12/05 3:11
Scientists create ultra fast memory using light
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要約▶
Japanese Translation:
USC ISI と UW‑Madison の研究者（Ajey P. Jacob と Akhilesh R. Jaiswal を中心に）が、商用シリコンフォトニクスプラットフォーム上で世界初の再生型光学メモリを構築しました。このデバイスはクロスカップルド・ディファレンシャルレッチであり、光パルスを蓄え、安定性のためにそれらを再生成することで、電子 RAM と同等の光速オプティカルデータストレージを実現します。GlobalFoundries の Fotonix™ 300 mm モノリシック・シリコンラインを用いて製造され、技術が大量生産可能であることを示しました。シミュレーション研究では、このレッチが完全なフォトニック SRAM システムへとスケールできることが示唆されています。この研究は、光ベースのプロセッサに対して遅い電気–光変換を排除することで、現代コンピューティングにおけるインターコネクト・ディレイボトルネックを解決します。成果は IEDM 2025（12月6日〜10日、サンフランシスコ）で「Integrated Ultra‑fast On‑Chip Memory のための Cross‑Coupled Differential Regenerative Photonic Latch のデモンストレーション」というセッションにて発表されます。共同著者には Md Abdullah‑Al Kaiser と Sugeet Sunder（等しい貢献）が含まれています。このプロジェクトは DARPA の Grant N660012424003 により資金提供されています。2025年12月4日に発表されたこの開発により、AI アクセラレータやデータセンターでの超高速光ベースコンピューティングへの道が切り開かれます。
本文
革新的「フォトニックラッチ」技術が、AIとデータセンター向けの超高速光ベース計算への道を切り開く
2025年12月4日
Artemis Diana/iStock
南カリフォルニア大学情報科学研究所（USC ISI）とウィスコンシン州立大学マディソン校の科学者たちが、商用ファウンドリー・プラットフォーム上で世界初の再生型フォトニックメモリを開発しました。これは実用的な光計算への重要な一歩です。
この突破口は、現代コンピューティングにおける「インターコネクト遅延」と呼ばれる重大なボトルネックを解消します。処理性能の需要が急増する中、従来の電子システムは根本的限界に達しています。金属ワイヤは電気信号を送る速度に限界があり、抵抗や熱によって速度と効率が制約されます。一方で、計算需要を満たすために必要なハードウェアはサイズとエネルギー消費の面で拡大し続けています。
現代電子システムはインターコネクト遅延・熱・配線限界に加え、データの保存と取得に必要な速度とエネルギーという同等に重要な障壁にも直面しています。光を用いて情報を極めて高速で移動できるフォトニックプロセッサでも、従来の電子メモリへのデータ格納が必要であり、光域と電気域の頻繁な切り替えはエネルギーを浪費しシステム性能を制限します。
フォトニック（光ベース）計算は、電気抵抗や熱を最小化してデータを送信できるため、より高速で省エネなシステムへの有望な道筋を提供します。完全なフォトニックコンピュータを構築するには、光域でも機能するメモリ技術が必要です――それはこれまで欠けていた要素でした。
初の「再生型」フォトニックラッチ
この課題を解決するために、研究チームは実験的第一歩として「再生型」フォトニックラッチ―電子メモリビットの光学対応物―を商用シリコンフォトニクスプラットフォーム上で構築しました。これは単なる研究室の概念実証ではなく、業界標準プロセスで製造された機能的な部品です。
この成功に基づき、研究者たちはすでにシミュレーション研究を発表し、フォトニックラッチ構成が完全なフォトニックSRAM（現代電子プロセッサの基盤となるSRAMと同等）へ拡張できる可能性を探っています。こうしたメモリは、今日の電子プロセッサで使用されるSRAMの光学的対応物となり、光ベース計算を実世界アプリケーションに近づけるでしょう。
新デバイスは、ISIの先進電子ディレクター Ajey P. Jacob（USC ISI）とウィスコンシン州立大学マディソン校教授 Akhilesh R. Jaiswal のリーダーシップの下で開発されました。デバイスは光としてデータを保存し、重要な点として「再生」機能によりノイズに対して安定した信号を維持します―標準的な電子RAMと同様ですが、速度が向上しています。
「AIアクセラレータやテンソルコアのためにフォトニック計算の潜在能力を完全に実現するには、電気メモリと同等に多機能で堅牢なフォトニックメモリが必要です。」
「私たちのフォトニックラッチは、標準的かつ大量生産可能な製造プロセスを用いてこれら不可欠なビルディングブロックを構築できることを示しています。」
– Jacob
商業化に向けた拡張性：GlobalFoundries
以前の実験フォトニックメモリがエキゾチック材料や極端な電力を必要としたのとは対照的に、この新デバイスはGlobalFoundries Fotonix™プラットフォーム―商用300 mm単一シリコンフォトニクスプラットフォーム上で製造されました。技術は実験室限定ではなく、今日から拡張可能です。
「この研究は、統合フォトニックインメモリ計算への重要なマイルストーンを示します。」
「クロスカップリングされた差動再生アーキテクチャを実証することで、将来のフォトニックプロセッサと直接接続できる拡張可能で省エネな光学メモリ配列を構築できることを示しました。」
– Jaiswal
研究成果は2025年12月6日〜10日にサンフランシスコで開催される世界最高峰の半導体・電子デバイス技術ブレークスルー発表フォーラム、IEEE International Electron Devices Meeting（IEDM）にて発表予定です。
論文タイトルは “Demonstration of a Cross‑Coupled Differential Regenerative Photonic Latch for Integrated Ultra‑fast On‑Chip Memory” で、IEDM 2025の技術セッションに掲載されます。著者には Md Abdullah‑Al Kaiser と Sugeet Sunder（等貢献者）を含む Jaiswal と Jacob が名乗っています。
本研究は、米国防高等研究計画局（DARPA）および PM Mukund Vengalattore の助成金 N660012424003 により支援されました。
2025年12月4日公開 – 同日に最終更新